基于CPLD实现的单端口无源网络阻抗参数测量电路设计开题报告

 2022-12-08 10:04:08

1. 研究目的与意义

阻抗是电路研究的重点参数之一,它是描述系统、电路、元件及其材料固有特征的重要参数。阻抗参数测量在传感器、仪器仪表及印刷电路分布参数分析技术中占据非常重要的地位。目前阻抗测量技术已经从传统的电桥、谐振法发展到矢量阻抗法、幅值相位差法等现代数字测量技术。本课题中测试阻抗所用的方法为复数伏安比阻抗测量方法,也可以说成电压电流法,即将测试信号电压加到被测件, 测量流过被测件的电流, 然后由欧姆定律计算出测试端阻抗。

阻抗具体表示为给被测对象施加某一定频率的正弦交流激励与获得响应的比例,用字母Z 表示, 单位为欧姆(Ω),公式为 Z = U /I , 其在复数平面上以相量表示,可以用电阻( 实部) 和电抗( 虚部) 来表示,也可以用阻抗模和阻抗角来表示,表示为 Z ∠θ= R jX。阻抗是对交流电路产生的阻碍作用,该参数对系统设备电路的运用有较大的影响。正常情况下,电路电流值会随着阻抗的变化而变化,设备的操控性能也会产生相应的调整,通过对阻抗的详细测量计算可以掌握电路的实际运行状态,有助于分析电路里电流信号传输的稳定性。

随着对高阻值测量准确度要求的不断提高,一种利用静电计进行高阻测量的方法被提出来并产生了各种具体的实现方案。在各种测量方法中,由于电压电流法的测量准确度常受到回路电流和激励源波动的影响,造成这种方法的稳定性和准确度较低,而静电计法主要适用于高阻值的测量,其测量范围具有一定的局限性,因而大量使用的是比例法。在各种基于比例法的电阻测量方法中,惠斯通电桥是一种典型的测量电路,通过调节电桥的桥臂电阻便可方便的消除系统的静态成分干扰和温漂的影响,从而确保有用差模信号的有效输出,该特性正是电桥被广泛应用于电阻测量电路的原因。为改善单电桥测量电路的这一缺陷,本设计对电桥电路的非线性误差的进行了分析,设计一种通过多电桥的电阻测量电路,具有一定的误差修正功能,从而实现了一种宽量程高精度的电阻自动测量电路。

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2. 研究内容与预期目标

本课题的研究内容为设计并制作一个网络阻抗测试仪,测量一端口无源网络的阻抗特性,包括阻抗模|Z |(测量误差的绝对值小于理论计算值的10%),阻抗角θ(测量误差的绝对值小于理论计算值的10%),并判断出无源网络是由电阻和电容还是电阻和电感的串联还是并联。

注:输入激励频率在1kHz—100KHz范围内,网络的阻抗模在100#8486;—100k#8486;范围内,阻抗角θ在90ordm;范围内。所设计制作的网络阻抗测试仪需留出连接被测网络模块的接口,且必须方便更换模块。

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3. 研究方法与步骤

一、研究方法:

采用CPLD芯片EPM1270T144C5构成主控制单元,编写Verilog HDL程序实现整个测量的控制功能。

二、步骤:

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4. 参考文献

[1]李文强,黄刚,杨录.大量程全自动阻抗测量仪研究[J].仪器仪表学报,2014,35( 4):859-865.

[2]成林俞,戴瑜兴,熊书华,等.直流系统在线绝缘监测的研究及其实现[J].电子测量与仪器学报,2015,29(6):860-865.

[3]郭在华,朱泽伟,邢天放,等.分层土壤电阻率在线监测系统研制[J].仪器仪表学报,2014,35(6):1306-1314.

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5. 工作计划

序号

起迄日期

工作内容

1

2022/3.20-2022/3.26

查找、整理资料,撰写开题报告

2

2022/3.27-2022/4.6

学习了解CPLD控制模块

3

2022/4.7-2022/4.15

了解单臂电桥检测电路原理

4

2022/4.15-2022/4.18

多电桥阻抗检测电路设计

5

2022/4.19-2022/4.23

非线性测量误差补偿电路设计

6

2022/4.24-2022/5.1

基于CPLD的检测参数采集及显示系统研发

7

2022/5.2-2022/5.10

整理设计材料,撰写毕业设计论文并修改

8

2022/5.11-2022/5.30

预备答辩

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